مهندسی مکانیک شریف (شریف ویژه مهندسی مکانیک)
سال:1386 | دوره:23 | شماره:40/2 (ویژه مهندسی مکانیک) |تعداد مقالات:13

برخلاف نظریه های رایج گذشته که احتراق آلومینیوم را غالبا در فاز بخار (واکنش گاز - گاز) تصور می کردند، تحقیقات اخیر حاکی از آن است که در برخی شرایط واکنش های احتراقی فاز جامد - گاز نقش موثری در پیشبرد فرایند احتراق دارد. برای تعیین این نقش در احتراق ذرات فلزی روش های مختلفی وجود دارد. یکی از این روش ها بررسی زمان احتراق، و تغییرات این زمان با تغییر قطر ذرات، و حساسیت آن نسبت به مقدار اکسیژن است. آزمایش های انجام شده نشان داد در اندازه های زیر 50 میکرون، واکنش جامد - گاز نقش قوی تری نسبت به واکنش فاز گاز - گاز دارد.

در این نوشتار کمانش استاتیکی پوسته های استوانه ای پیروالکتریک با به کارگیری یک نظریه مرتبه بالا بررسی شده است. بدین ترتیب، برخلاف نظریه کلاسیک، تنش های برشی عرضی نیز در نظر گرفته شده اند. فرمول بندی پیشنهادی برای پوسته های جدار ضخیم و جدار نازک معتبر است. اثر دامنه انحراف اولیه که عموما به صورت جابه جایی عرضی است بر بار کمانش ارزیابی شده است. با بهره گیری از المان هرمیتی هر گونه شرایط مرزی از قبیل جا به جایی و تنشی قابل اعمال است. در نهایت، اثر اعمال اختلاف پتانسیل الکتریکی روی سطوح داخلی و خارجی استوانه پیروالکتریک بر بار کمانش بررسی شده است.

در این نوشتار یک الگوریتم بهینه سازی ترکیبی، متشکل از الگوریتم ژنتیک و شبکه های عصبی در طراحی بهینه اشکال آیرودینامیکی بر مبنای مدل سازی عددی جریان ارایه شده است. در این روش به همراه جست و جوی حالت بهینه با الگوریتم ژنتیک برازندگی تعدادی از کروموزوم های تولید شده در نسل های گذشته به یک شبکه عصبی تعلیم داده می شود.سپس با یک راهکار مناسب از علم شبکه عصبی مزبور و قدرت تعمیم دهی آن برای شناسایی کروموزم های برتر در فضاهای طراحی ناشناخته (تعلیم نگرفته توسط شبکه عصبی) و بازتولید الگوریتم ژنتیک استفاده می شود. به این ترتیب با کاهش تعداد ارزیابی ها توسط کد CFD، که بخش عمده زمان محاسباتی کل فرایند بهینه سازی را تشکیل می دهد، زمان رایانه ای مورد نیاز به میزان چشمگیری کاهش می یابد. روش ارایه شده در نوشتار حاضر برای طراحی بهینه مقطع آیرودینامیکی در شرایط جریان حدود صوت مورد استفاده قرار گرفته است. ارزیابی حالت های منتخب با حل عددی معادلات اویلر تراکم پذیر بر روی شبکه محاسباتی بی سازمان صورت گرفته و از شیوه جا به جایی خودکار شبکه محاسباتی به جای تولید مجدد آن استفاده شده است. همچنین برای پارامتری کردن شکل مقطع آیرودینامیکی، از روش PARSEC با 9 پارامتر هندسی استفاده شده است. نتایج به دست آمده حاکی از آن است که استفاده از روش ترکیبی حاضر منجر به کاهش زمان رایانه ای در حدود %50 در مقایسه با الگوریتم ژنتیک متداول در طراحی مقطع آیرودینامیکی می شود.

ناحیه های چرخنده معمولا در حوضچه های رسوبگذار به وجود می آیند. این پدیده باعث ایجاد اتصال کوتاه، افزایش نواحی مرده، بالا بردن میزان اختلاط و ممانعت از ایجاد بستری آرام برای رسوبگذاری می شود. موارد یاد شده به کاهش بازده حوضچه می انجامند. همواره سعی بر این است که با روش های ممکن فضاهای مرده کاهش داده شود تا بازده حوضچه افزایش یابد. یکی از راه های بررسی و مقایسه ای بازده حوضچه ها رسم منحنی FTC آنها است. در این نوشتار ضمن معرفی کلی روش ترسیم منحنی FTC با استفاده از مدل اغتشاشی RNGK–e در تعیین میدان جریان و غلظت، اثرات محل ورود سیال به حوضچه بر بازده بررسی شد. همچنین به طریق مشابه تاثیرات وجود یا عدم وجود تیغه ورودی، و همچنین ارتفاع تیغه ورودی در حوضچه های اولیه مورد مطالعه قرار گرفتند. در مدل مورد مطالعه وجود تیغه ورودی مثمر ثمر نبوده و باعث کاهش بازده حوضچه می شود.

در این نوشتار، سازوکارهای احتراق کامل و کاهش یافته از نقطه نظر کاربرد در مشعل متخلخل مقایسه شده است. از آنجا که سازوکارهای احتراق کامل تنوع گسترده ای دارند و نیز با توجه به احتراق متان، در گام نخست معروف ترین آنها یعنی سازوکار احتراقی GRI3.0 و سازوکار پیشنهادی میلر انتخاب شده اند. در گام دوم سازوکارهای کاهش یافته حاصل از دو سازوکار کامل مذکور مورد بررسی قرار گرفته اند که از آن میان سازوکار پیشنهادی 16 واکنشی برای سازوکار کامل میلر، و سازوکار کاهش یافته 15 واکنشی برای سازوکار کامل GRI3.0 انتخاب شده است. نتایج شبیه سازی عددی حاکی از تطابق قابل قبول سازوکارهای کاهش یافته با سازوکارهای اصلی در مدل سازی مشعل متخلخل است. در مورد پروفیل دمایی تقریبا تمامی سازوکارها تقریب یکسانی ارایه داده اند. در خصوص پروفیل غلظت CO در طول مشعل، تفاوت اندکی بین دو سازوکار احتراق کامل مشاهده شد که به نظر می رسد علت آن تفاوت تخمین غلظت گونه های HCO و HO2 باشد. در آلاینده NO تفاوت محسوسی بین تخمین دو سازوکار مشاهده شده است که علت آن تفاوت در تخمین NO فنی مور است. سرعت اشتعال تعیین شده توسط دو سازوکار تفاوت محسوسی با نتایج تجربی دارد. دو سازوکار کامل احتراقی تخمین یکسانی در ناحیه احتراق رقیق نشان می دهند در حالی که در ناحیه احتراق غنی، سرعت اشتعال سازوکار میلر بیشتر از سازوکار GRI3.0 به دست آمده است.

بررسی تغییر غلظت حجمی قطرات حاوی بار الکتریکی در یک افشانه و تعیین رابطه میان این تغییر و نشست قطرات، امکان دستیابی به مدلی تحلیلی را برای پدیده انبساط و نشست قطرات بر روی یک جسم بر حسب تغییر غلظت افشانه فراهم می سازد. بهره گیری از قانون گوس نیز با ارایه میدان الکتریکی پدیده آمده میان جسم و قطرات باردار، توزیع گذرای غلظت را ارایه می دهد. ترکیب نتایج حاصل از این میدان غلظت و میدان الکتریکی در اطراف جسم، به رابطه ای نظری برای ثابت زمانی نشست قطرات بر روی جسم منتهی می شود. وابستگی ریاضی این ثابت به بار الکتریکی قطرات موید نقش مثبت باردارسازی افشانه در افزایش کمی نشست در بازه زمانی کوتاه تر است. هر چند افزایش غلظت قطرات و استفاده از قطرات درشت تر نیز از طریق کاهش ثابت زمانی موجب بهبود نشست می شوند، این بهبود به طور غیرمستقیم از ازدیاد بار الکتریکی قطرات نشات می گیرد. ارزیابی نتایج، حاکی از سازگاری کمی و کیفی مناسب آنها در مقایسه با داده های حاصل از حل تحلیلی مستقیم بر اساس معادله پواسون است.

در این پژوهش روشی جدید برای طراحی سامانه های کنترل تطبیقی پیش فاز - پس فاز خود تنظیمی گسترش یافته است. کاربرد این روش در یک ربات غیرخطی که روش های متداول کنترل خطی در آن موفق نبودند نیز بررسی شده است. پارامترهای کنترل کننده پیش فاز - پس فاز توسط بلوک خود تنظیمی با حل یک سری معادلات جبری خطی تعیین می شود. این روش کنترل با در نظر گرفتن معادلات غیرخطی سامانه ارایه شده و کاربرد آن باعث کاهش هزینه ساخت سامانه های کنترل خودکار با دقت و کارایی بالا می شود.

در این تحقیق، شبیه سازی عددی جریان غیرلزج و تراکم پذیر حول روتور در پرواز ایستایی توسط روش بالادست «رو» و با استفاده از شبکه بی سازمان انجام شده است. برای افزایش دقت گسسته سازی مکانی، از تخمین شار روی وجوه به روش «ماسکل» استفاده شده است. الگوریتم حل به روش انتگرال گیری زمانی صریح صورت گرفته و برای افزایش نرخ همگرایی جواب ها، از روش هموارسازی ضمنی مانده ها استفاده شده است. به منظور اطمینان از دقت و صحت الگوریتم حل و ارزیابی نتایج، شبیه سازی عددی میدان جریان حول روتور در پرواز ایستایی در اعداد ماخ نوک تیغه برابر با 0.44 و 0.877 و در زاویه گام تیغه 8 درجه انجام شده و نتایج حاضر برای مشخصات آیرودینامیکی، شامل توزیع فشار در مقاطع مختلف تیغه های روتور، با نتایج تجربی و عددی معتبر مقایسه شده و مورد ارزیابی قرار گرفته است. همچنین، تاثیر افزایش دقت گسسته سازی مکانی حل عددی در شبیه سازی عددی جریان حول روتور و در نتیجه، تاثیر آن روی مشخصات آیرودینامیکی روتور بررسی شده است.

دفع رطوبت ناشی از جریان هوای مرطوب ورودی یا هوای فرایندی در یک چرخ دوار توسط ذرات جامد یا مواد جاذب رطوبت (خشک کن) انجام می شود. این کار با هدف رطوبت زدایی از محیط صورت می گیرد و باعث افزایش درصد رطوبت روی سطح خشک کن می شود. سپس رطوبت انباشته شده در ماده خشک کن توسط جریان هوای بازیابی جذب می شود که عموما این جریان به فضای بیرون ارسال می شود.در این نوشتار ضمن مدل سازی ریاضی چرخ خشک کن جامد، و با موازنه جرم و انرژی و گشتاور لحظه ای برای هوا و رطوبت موجود درماده خشک کن برای جریان هوای فرایندی و بازیابی، اثر ضریب تصحیح آکرمن مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که شدت رطوبت زدایی در طول چرخ خشک کن با نسبت رطوبت، سرعت جریان هوا، انتقال جرم و حرارت از جریان هوا به بستر و ضریب تصحیح آکرمن در رابطه است.با افزایش رطوبت نسبی به بیش از %50، و درجه حرارت جریان هوای ورودی به بیش از 95oC ضریب تصحیح آکرمن، می توان ضریب انتقال حرارت را تا حدود 4 درصد تصحیح کرد. مقایسه نسبت رطوبت، درجه حرارت خروجی و سرعت جریان هوای خروجی از بخش جذب چرخ دوار خشک کن نشان داد که به دلیل تغییرات رطوبت، درجه حرارت و افت فشار سرعت جریان هوای خروجی از چرخ نسبت به سرعت جریان ورودی افزایش می یابد. همچنین مدل ریاضی به کار رفته در این مطالعه قادر است جزییات شکل ظاهری رطوبت و درجه حرارت در هر دو جریان هوای بخش جذب و ارزیابی را در داخل کانال های چرخ خشک کن به صورت منحنی های تناوبی نشان دهد.

در این نوشتار روش محاسبه ضرایب هیدرودینامیکی مقاطع دوبعدی بدنه کشتی در حرکت قائم و حرکت عرضی در آب های عمیق و سرعت پیش روی صفر مورد بررسی قرار گرفته است. در روش معرفی شده، ممکن است مقاطع کشتی شکل های هندسی متفاوتی داشته باشند. برای این منظور از حل جریان پتانسیل با بسط چندقطبی و نگاشت دوپارامتری لوییس برای شبیه سازی ریاضی مقاطع بدنه کشتی بهره گرفته شده است. با استفاده از روش معرفی شده در این پژوهش، برنامه ای رایانه ای تهیه شده که قادر است ضرایب جرم افزوده و میرایی مقاطع کشتی را محاسبه کند. همچنین در پی مقایسه نتایج حاصل از این برنامه رایانه ای برای مقاطع دایره، مثلث و مستطیل شکل، صحت آنها مورد ارزیابی قرار گرفته است. برنامه رایانه ای تهیه شده محدودیتی از لحاظ شکل هندسی مقاطع نداشته و طبیعتا می تواند در محاسبات هیدرودینامیکی کشتی ها با هر گونه شکل بدنه واقعی به کار گرفته شود.

در حوضچه های کشش کوچک به دلیل محدودیت ابعادی حوضچه و به تبع آن مدل، آزمایش ها بیشتر در اعداد رینولدز پایین و رژیم جریان آرام انجام می شود. در چنین شرایطی گشتاور جریان کم، و احتمال وقوع جدایش در جریان زیاد است. همین مساله باعث تفاوت بیشتر رفتار جریان اطراف مدل با کشتی واقعی در افزایش اثر مقیاس می شود. برای تصحیح نتایج در تمامی حوضچه های کشش از ضریب اصلاح اثر مقیاس استفاده می شود.نوشتار حاضر نتایج حاصل از آزمایش های انجام شده روی مدل یک شناور فرآورده بر 35000 تنی است. آزمایش ها بدون مغشوش کننده جریان و با مغشوش کننده انجام شده و ضریب اصلاح مقیاس برای این دو حالت به دست آمده است. در حالت اول این ضریب به صورت خطی، و در حالت دوم به صورت غیرخطی نسبت به عدد فرود تغییر کرده است.

اضافه کردن یک عبارت غیرفیزیکی با عنوان «لزجت مصنوعی» به معادلات غیرلزج اویلر، حاکم بر حرکت سیال، به منظور تسخیر خودکار موج ضربه ای یکی از قدیمی ترین ابزارهای ریاضی در دینامیک سیالات محاسباتی است. تاکنون فرم های گوناگونی از لزجت مصنوعی ارایه شده است. اکثر این فرم ها دارای ضرایبی دلخواه اند که با توجه به مساله مورد بررسی تعیین می شوند. هدف پژوهش حاضر انتخاب نوعی از لزجت مصنوعی است که ما را از انتخاب این گونه ضرایب بی نیاز می سازد. برای این منظور لزجت مصنوعی کارامانا و همکارانش انتخاب شده است. این لزجت مصنوعی از طریق به کارگیری یک محدود کننده سعی می کند خواصی را که لزجت واقعی از آن برخوردار است به لزجت مصنوعی اعمال کند و از این رهگذر بر دقت شبیه سازی ضربه بیفزاید. نتایج عددی به دست آمده حکایت از برتری این نوع لزجت مصنوعی در مسایل همگرا دارد.

سیستم ذوب برف زمین گرمایی متشکل از لوله هایی است که به صورت شبکه ای در معابر و نقاط حادثه خیر جاده ها و پل ها جاسازی شده اند. در این شبکه سیالی را توسط یک پمپ گرمازا با انرژی زمین گرمایی گرم و به داخل لوله ها می فرستند تا برف ها را ذوب کند. هدف این نوشتار یافتن روش های عملی برای کاهش ساعت کار پمپ گرمازا و صرفه جویی در مصرف انرژی است. این نوشتار شامل شبیه سازی دوبعدی یک پل نمونه با در نظر گرفتن شرایط آب و هوایی حاکم بر شهر تهران است که به صورت پارامتریکی است و پارامترهای ورودی مختلفی از جمله خواص فیزیکی و شرایط جغرافیایی را شامل می شود. یکی از خصوصیات این شبیه سازی در نظر گرفتن جنس های متفاوت برای لایه های تشکیل دهنده پل است.